專利名稱：一種開關(guān)通斷狀態(tài)隔離檢測(cè)裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型的開關(guān)通斷狀態(tài)隔離檢測(cè)裝置及方法，適用于需要對(duì)開關(guān)通斷狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)的一般情況，屬于開關(guān)量信號(hào)的無源隔離檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
開關(guān)信號(hào)是一種靜態(tài)狀態(tài)下的信號(hào)，與模擬信號(hào)不同的是，開關(guān)信號(hào)的信號(hào)變化不連續(xù)，只有O、I兩種狀態(tài)，是一種跳躍型的信號(hào)，故又稱之為脈沖信號(hào)，但其具有較好的抗干擾能力，所以廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代電子技術(shù)信號(hào)處理中。在一般的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中，距離較遠(yuǎn)的電氣設(shè)備、儀表、控制系統(tǒng)等之間進(jìn)行的信號(hào)傳輸往往存在著各類干擾，造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定甚至是誤操作。因此，在實(shí)際的測(cè)控系統(tǒng)應(yīng)用中，針對(duì)開關(guān)信號(hào)的狀態(tài)檢測(cè)，為了避免現(xiàn)場(chǎng)的干擾信號(hào)串入到系統(tǒng)中來，需要將開關(guān)通斷信號(hào)與電源進(jìn)行隔離。目前常用的信號(hào)隔離技術(shù)主要分為磁隔離與光隔離兩大類，具體的應(yīng)用總的來講可以大致分為兩種情況:一、開關(guān)量信號(hào)采用光隔離；二、模擬量信號(hào)采用磁隔離。

光隔離在信號(hào)隔離上的應(yīng)用已經(jīng)比較成熟，常由光耦器件及其外圍電路組成。光耦合器能夠?qū)崿F(xiàn)信號(hào)的單向傳輸，抗干擾能力強(qiáng)，工作穩(wěn)定，傳輸效率高，適用于數(shù)字信號(hào)的隔離，但其主要缺點(diǎn)在于功耗比較大，且不能實(shí)現(xiàn)無源隔離。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:克服現(xiàn)有的開關(guān)信號(hào)隔離檢測(cè)技術(shù)的不足，消除對(duì)電源的依賴性，在無源情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)開關(guān)通斷狀態(tài)的隔離檢測(cè)。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案:
一種開關(guān)通斷狀態(tài)隔離檢測(cè)裝置，包括信號(hào)發(fā)生器、適配電阻、單相變壓器、交流電壓表、待檢測(cè)開關(guān)，其中，所述信號(hào)發(fā)生器用于提供正弦交流信號(hào)源，該正弦交流信號(hào)源經(jīng)適配電阻輸出給單相變壓器；所述交流電壓表并聯(lián)于單相變壓器的一次側(cè)，并且與所述單相變壓器的一次側(cè)共接地；所述單相變壓器的二次側(cè)與待測(cè)開關(guān)并聯(lián)連接，待測(cè)開關(guān)的兩端與外圍電路連接。作為本發(fā)明的一種開關(guān)通斷狀態(tài)隔離檢測(cè)裝置的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述信號(hào)發(fā)生器提供一振幅、頻率固定的正弦交流信號(hào)。作為本發(fā)明的一種開關(guān)通斷狀態(tài)隔離檢測(cè)裝置的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述適配電阻用于調(diào)整信號(hào)發(fā)生器輸出給單相變壓器的電壓，其電阻值大小根據(jù)變壓器參數(shù)進(jìn)行適配選擇。本發(fā)明還提出一種開關(guān)通斷狀態(tài)隔離檢測(cè)裝置的檢測(cè)方法，利用單相變壓器空載及短路時(shí)的電磁效應(yīng)，將開關(guān)通斷信號(hào)的狀態(tài)變化轉(zhuǎn)化為單相變壓器空載及短路時(shí)的典型電路情況，采用交流電壓表監(jiān)測(cè)單相變壓器一次側(cè)兩端的電壓大小，間接檢測(cè)出待測(cè)開關(guān)的通斷狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)開關(guān)通斷狀態(tài)的隔離檢測(cè)。
進(jìn)一步的，一種開關(guān)通斷狀態(tài)隔離檢測(cè)裝置的檢測(cè)方法，所述采用交流電壓表監(jiān)測(cè)單相變壓器一次側(cè)兩端的電壓大小，間接檢測(cè)出待測(cè)開關(guān)的通斷狀態(tài)具體表現(xiàn)為:
當(dāng)待測(cè)開關(guān)斷開時(shí)，單相變壓器的二次側(cè)空載，信號(hào)發(fā)生器輸入的電壓全部用于單相變壓器的一次側(cè)的功率消耗，單相變壓器的一次側(cè)兩端電壓為分壓后的電壓值；
當(dāng)待測(cè)開關(guān)閉合時(shí)，單相變壓器的二次側(cè)短路，由于單相變壓器的短路阻抗非常小，故而交流電壓表所測(cè)得單相變壓器的一次側(cè)兩端電壓值有明顯減小；
從觀察交流電壓表的示數(shù)變化即可知此時(shí)待測(cè)開關(guān)是處于斷開或者閉合狀態(tài)。本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果:
本發(fā)明利用開關(guān)通斷信號(hào)的信號(hào)特性，通過電路等效來實(shí)現(xiàn)其信號(hào)的隔離檢測(cè)，系統(tǒng)功耗低且脫離光耦器件的束縛。同時(shí)在解決原有問題的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)無源隔離，減小干擾，提高了系統(tǒng)的可靠性，充分滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量的需要。


圖1是本發(fā)明的原理框圖。圖中標(biāo)號(hào):1:信號(hào)發(fā)生器；2:適配電阻；3:單相變壓器；4:待檢測(cè)開關(guān)；5:交流電壓表；6:公共地。圖2是本發(fā)明的當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)的電路等效圖。圖3是本發(fā)明的當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)的電路簡化圖。圖4是本發(fā)明的當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)`的電路等效圖。圖5是本發(fā)明的當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)的電路簡化圖。圖6是本發(fā)明的當(dāng)開關(guān)斷開及閉合時(shí)變壓器一次側(cè)兩端的理想電壓變化圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說明:
如圖1所示，本發(fā)明的開關(guān)通斷狀態(tài)隔離檢測(cè)電路組成包括:信號(hào)發(fā)生器1、適配電阻
2、單相變壓器3、待測(cè)開關(guān)4、交流電壓表5。其中:
信號(hào)發(fā)生器1，為系統(tǒng)提供正弦交流信號(hào)源。適配電阻2，選用適合電路的電阻值，主要用于限制信號(hào)源輸出給單相變壓器的電壓，既保證單相變壓器3的正常工作又不致使變壓器中電流過大，損壞變壓器。單相變壓器3，是系統(tǒng)的核心，利用其空載和短路時(shí)的電磁效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)開關(guān)狀態(tài)檢測(cè)。待測(cè)開關(guān)4,與相關(guān)外圍電路連接。交流電壓表5，主要用于測(cè)量單相變壓器3 —次側(cè)的兩端電壓值，與單相變壓器3一次側(cè)接公共地6。具體實(shí)施時(shí)，當(dāng)待測(cè)開關(guān)4處于斷開狀態(tài)時(shí)，把具有電磁效應(yīng)的變壓器用一個(gè)等效電路來代替，如圖2所示。變壓器二次側(cè)斷路，變壓器處于空載狀態(tài)，此時(shí)一次側(cè)中的電
流h即為激磁電流4，變壓器無功
率輸出，所以交流信號(hào)源輸出給變壓器的電壓全部用于變壓器內(nèi)部消耗，又一次側(cè)漏阻抗,電感石 <<拽,所以一次側(cè)漏阻抗Z1 =可忽略不計(jì)，電路簡化為如圖3
所示，因此交流電壓表所測(cè)得的電壓值為激磁阻抗4=&+兄《與適配電阻R分壓后的值。當(dāng)開關(guān)處于閉合狀態(tài)時(shí)，同樣將變壓器用一個(gè)等效電路代替，如圖4所示，變壓器二次側(cè)短路，變壓器處于短路狀態(tài)，交流信號(hào)源輸出給變壓器的電壓用于克服變壓器內(nèi)部的漏阻抗壓降，變壓器內(nèi)的主磁通很小，因此激磁阻抗4可忽略不計(jì)，電路
簡化為如圖5所不，其中電阻& = 1^i +- ，電感4 = +^-2，又變壓器此時(shí)的短路阻抗
4 =非常小，而短路電流為額定值，所以交流電壓表所測(cè)得的短路電壓與之前測(cè)
得的電壓相比，有明顯的壓降差。因此，根據(jù)不同開關(guān)狀態(tài)下電壓表所測(cè)得的不同電壓值就可檢測(cè)出對(duì)應(yīng)的開關(guān)狀態(tài)，所測(cè)電壓在理想 情況下的波形如圖6所示。
權(quán)利要求
1.一種開關(guān)通斷狀態(tài)隔離檢測(cè)裝置，其特征在于:包括信號(hào)發(fā)生器(I)、適配電阻(2)、單相變壓器(3)、交流電壓表(5)、待檢測(cè)開關(guān)(4)，其中，所述信號(hào)發(fā)生器(I)用于提供正弦交流信號(hào)源，該正弦交流信號(hào)源經(jīng)適配電阻(2)輸出給單相變壓器(3);所述交流電壓表(5)并聯(lián)于單相變壓器(3)的一次側(cè)，并且與所述單相變壓器(3)的一次側(cè)共接地；所述單相變壓器(3)的二次側(cè)與待測(cè)開關(guān)(4)并聯(lián)連接，待測(cè)開關(guān)(4)的兩端與外圍電路連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種開關(guān)通斷狀態(tài)隔離檢測(cè)裝置，其特征在于:所述信號(hào)發(fā)生器(I)提供一振幅、頻率固定的正弦交流信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種開關(guān)通斷狀態(tài)隔離檢測(cè)裝置，其特征在于:所述適配電阻(2)用于調(diào)整信號(hào)發(fā)生器(I)輸出給單相變壓器(3)的電壓，其電阻值大小根據(jù)變壓器參數(shù)進(jìn)行適配選擇。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的一種開關(guān)通斷狀態(tài)隔離檢測(cè)裝置的檢測(cè)方法，其特征在于: 利用單相變壓器(3)空載及短路時(shí)的電磁效應(yīng)，將開關(guān)通斷信號(hào)的狀態(tài)變化轉(zhuǎn)化為單相變壓器(3)空載及短路時(shí)的典型電路情況，采用交流電壓表(5)監(jiān)測(cè)單相變壓器(3)—次側(cè)兩端的電壓大小，間接檢測(cè)出待測(cè)開關(guān)(4)的通斷狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)開關(guān)通斷狀態(tài)的隔離檢測(cè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種開關(guān)通斷狀態(tài)隔離檢測(cè)裝置的檢測(cè)方法，其特征在于:所述采用交流電壓表(5)監(jiān)測(cè)單相變壓器(3) —次側(cè)兩端的電壓大小，間接檢測(cè)出待測(cè)開關(guān)(4)的通斷狀態(tài)具體表現(xiàn)為: 當(dāng)待測(cè)開關(guān)(4)斷開時(shí)，單相變壓器(3)的二次側(cè)空載，信號(hào)發(fā)生器(I)輸入的電壓全部用于單相變壓器(3)的一次側(cè)的功率消耗，單相變壓器(3)的一次側(cè)兩端電壓為分壓后的電壓值； 當(dāng)待測(cè)開關(guān)(4)閉合時(shí)，單相變壓器(3)的二次側(cè)短路，由于單相變壓器(3)的短路阻抗非常小，故而交流電壓表(5)所測(cè)得單相變壓器(3)的一次側(cè)兩端電壓值有明顯減??； 從觀察交流電壓表(5)的示數(shù)變化即可知此時(shí)待測(cè)開關(guān)(4)是處于斷開或者閉合狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種開關(guān)通斷狀態(tài)隔離檢測(cè)裝置及方法，包括信號(hào)發(fā)生器(1)、適配電阻(2)、單相變壓器(3)、交流電壓表(5)、待檢測(cè)開關(guān)(4)，其中信號(hào)發(fā)生器(1)將正弦交流信號(hào)源經(jīng)適配電阻(2)輸出給單相變壓器(3)的一次側(cè)；單相變壓器(3)的二次側(cè)與待測(cè)開關(guān)(4)并聯(lián)連接。本發(fā)明的檢測(cè)方法將開關(guān)信號(hào)的狀態(tài)變化轉(zhuǎn)化為單相變壓器空載及短路時(shí)的典型電路情況，利用交流電壓表(5)監(jiān)測(cè)單相變壓器(3)一次側(cè)兩端的電壓大小變化，即可檢測(cè)出待測(cè)開關(guān)的狀態(tài)。本發(fā)明利用開關(guān)信號(hào)的信號(hào)特性，通過電路等效來實(shí)現(xiàn)其信號(hào)的隔離檢測(cè)，系統(tǒng)功耗低且脫離光耦器件的束縛，可靠性得到提高，適用于一般的開關(guān)通斷狀態(tài)隔離檢測(cè)的現(xiàn)場(chǎng)需求。
文檔編號(hào)G01R31/327GK103235256SQ20131011716
公開日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月7日
發(fā)明者周金陵, 顧倩, 周林燕, 王曉惠, 褚澤帆, 王東, 盧苗, 汪興岳 申請(qǐng)人:河海大學(xué)